Analysis of the power generated by the bistable flow around circular cylinders

• Autor(a) principal: Habowski, Patrick Batista
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/238419
• topic: Cilindros; Escoamento turbulento; Anemometria; Bistability; Energy harvesting; Flow visualization; Hot wire anemometry; Turbulent flow

Este trabalho apresenta um estudo experimental acerca do fenômeno da biestabilidade em pares de tubos circulares dispostos lado-a-lado com um escoamento cruzado turbulento e a capacidade de gerar potência a partir desse fenômeno. Experimentos em um canal aerodinâmico e em um canal hidrodinâmico com mesma geometria foram realizados utilizando pares de cilindros com diâmetro de 25,1 mm e razão de espaçamento p/d = 1,26. No canal aerodinâmico foi empregada a técnica de anemometria de fio quente. A análise de Fourier e a transformada de ondaletas foram utilizadas através do software MATLAB para análise dos sinais gerados. Para os experimentos em canal hidráulico, a técnica de visualização com tinta colorida injetada no escoamento através de orifícios nos tubos foi utilizada. Vídeos gerados com uma câmera com resolução de 1080 x 720 pixels e 30 quadros por segundo foram analisados por meio do software Tracker. Os principais resultados mostraram a presença da biestabilidade para cilindros fixos dispostos lado a lado e para cilindros posicionados 2,5° em relação ao escoamento, sendo que para esse último a presença da biestabilidade ocorreu apenas para os experimentos hidrodinâmicos. Na configuração onde os cilindros foram montados de modo que a rotação do sistema fosse possível, foram avaliadas as capacidades de gerar potência através de um sistema elétrico montado com um motor de passo funcionando como gerador. Os resultados mostraram a capacidade de geração de potência em pequenas escalas, conhecido como colheita de energia. Esses resultados foram comparados com um experimento de geração de potência através de uma turbina Savonius, mostrando que o sistema utilizando cilindros produz 43,5% menos energia. Por fim, um cilindro foi montado coaxialmente com o eixo do dispositivo, deixando o segundo cilindro livre para oscilar. Os resultados mostraram que o sistema oscila com baixa amplitude para qualquer velocidade de escoamento. Entretanto, ao se introduzir uma simples perturbação no escoamento, a amplitude aumenta, mantendo-se assim ao longo de todo o experimento, apresentando dois níveis de equilíbrio no sistema.